Respirazione cellulare è il processo mediante il quale le cellule convertono il glucosio (uno zucchero) in anidride carbonica e acqua. Nel processo, energia sotto forma di una molecola chiamata adenosina trifosfato, o ATP, viene rilasciato. Poiché l'ossigeno è necessario per alimentare questa reazione, anche la respirazione cellulare è considerata un tipo di reazione “bruciante” in cui una molecola organica (glucosio) viene ossidata, o bruciata, liberando energia nel processi.
Le cellule richiedono energia ATP per svolgere tutte le funzioni necessarie per la vita. Ma di quanto ATP abbiamo bisogno? Se le nostre stesse cellule non sostituissero costantemente l'ATP attraverso la respirazione cellulare, consumeremmo quasi tutto il nostro peso corporeo in ATP in un giorno.
La respirazione cellulare avviene in tre fasi: glicolisi, il ciclo dell'acido citrico e fosforilazione ossidativa.
Enzimi
Enzimi sono proteine che catalizzano, o influenzano la velocità, delle reazioni chimiche senza essere alterate nel processo. Enzimi specifici catalizzano ogni reazione cellulare.
Il ruolo principale degli enzimi durante la reazione respiratoria è quello di assistere nel trasferimento di elettroni da una molecola all'altra. Questi trasferimenti sono chiamati reazioni “redox”, dove la perdita di elettroni da una molecola (ossidazione) deve coincidere con l'aggiunta di elettroni ad un'altra sostanza (riduzione).
glicolisi
Questa prima fase della reazione respiratoria avviene nel citoplasma, o fluido, della cellula. La glicolisi consiste di nove reazioni chimiche separate, ciascuna catalizzata da un enzima specifico.
Gli attori chiave della glicolisi sono l'enzima deidrogenasi e un coenzima (aiutante non proteico) chiamato NAD+. La deidrogenasi ossida il glucosio strappandogli due elettroni e trasferendoli al NAD+. Nel processo il glucosio viene "scisso" in due molecole di piruvato, che continuano la reazione.
Il ciclo dell'acido citrico
La seconda fase della reazione respiratoria avviene all'interno di un organello cellulare chiamato mitocondri, che per il loro ruolo nella produzione di ATP sono chiamati “fabbriche elettriche” per la cellula.
Poco prima che inizi il ciclo dell'acido citrico, il piruvato viene "preparato" per la reazione convertendosi in una sostanza ad alta energia chiamata acetil coenzima A o acetil-CoA.
Enzimi specifici situati nei mitocondri alimentano quindi le numerose reazioni che compongono l'acido citrico ciclo (noto anche come ciclo di Krebs) riorganizzando i legami chimici e partecipando a più redox reazioni.
Al completamento di questo passaggio, le molecole che trasportano gli elettroni lasciano il ciclo dell'acido citrico e iniziano il terzo passaggio.
Fosforilazione ossidativa
La fase finale della reazione respiratoria, chiamata anche catena di trasporto degli elettroni, è dove si verifica il payoff energetico per la cella. Durante questa fase l'ossigeno guida una catena di movimento degli elettroni attraverso la membrana dei mitocondri. Questo trasferimento di elettroni potenzia la capacità dell'enzima ATP sintasi di produrre 38 molecole di ATP.